【摘 要】
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羟基磷灰石（Hydroxyapatie,HA）具有良好的生物相容性和生物活性,但传统的高结晶度的羟基磷灰石存在生物可降解性差和成骨活性低等问题,限制了其在临床上的应用。研究发现,人体骨中的生物磷灰石是弱结晶碳酸化羟基磷灰石,且含有包括Sr2+、Mg2+、Zn2+和Si4+在内的多种活性离子,大量研究表明,这些活性离子在与骨发育和代谢相关的生化反应中起着重要作用。本研究意在通过模仿生物磷灰石的组成和
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羟基磷灰石（Hydroxyapatie,HA）具有良好的生物相容性和生物活性,但传统的高结晶度的羟基磷灰石存在生物可降解性差和成骨活性低等问题,限制了其在临床上的应用。研究发现,人体骨中的生物磷灰石是弱结晶碳酸化羟基磷灰石,且含有包括Sr2+、Mg2+、Zn2+和Si4+在内的多种活性离子,大量研究表明,这些活性离子在与骨发育和代谢相关的生化反应中起着重要作用。本研究意在通过模仿生物磷灰石的组成和结晶度,制备仿生活性离子掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷,以改善HA陶瓷的成骨活性和生物可降解性,提高骨修复效果,拓宽其临床应用范围。采用微波辅助的化学沉淀法并结合低温烧结成功制备了CO32-掺量从0～9.2 wt.%梯度变化的弱结晶碳酸化HA陶瓷。研究表明,与高结晶度的HA陶瓷相比,弱结晶碳酸化HA陶瓷的晶粒尺寸明显减小,比表面积和吸附BSA蛋白的能力则显著增大。体外降解和离子释放结果表明,弱结晶HA陶瓷具有更优异的体外降解性能,且随着CO32-掺量的增加,其体外降解速率和Ca2+释放浓度提高。将小鼠骨髓间充质干细胞（mBMSCs）与弱结晶碳酸化HA陶瓷共培养发现,低结晶度和CO32-掺杂能够协同促进mBMSCs的黏附和成骨分化,其中CO32-掺量为9.2 wt.%时,弱结晶碳酸化HA陶瓷的促成骨分化效果最佳。Sr2+、Mg2+、Zn2+和Si4+等活性离子都具有促成骨的作用,在弱结晶碳酸化HA中分别引入Sr2+、Mg2+、Zn2+和SiO44-离子,制备了不同掺量的单元活性离子掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷。研究表明,活性离子(Sr2+、Mg2+、Zn2+和SiO44-)掺杂对弱结晶碳酸化HA陶瓷的微观形貌无明显影响。活性离子掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷的体外降解性能有所提高且能够实现Ca2+和活性离子的缓释。体外生物学评价结果表明,Sr2+、Mg2+、Zn2+和SiO44-离子掺杂都能够进一步促进mBMSCs的成骨分化,其中Sr2+、Mg2+、Zn2+和SiO44-离子的最佳掺杂量分别为5 mol.%、0.5 mol.%、3 mol.%和2 mol.%。对单元活性离子(Sr2+、Mg2+、Zn2+和SiO44-)掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷的成骨性能和成血管性能进行最佳掺杂量的综合对比研究,结果表明,3 mol.%Zn2+掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷的促成骨分化效果最为显著且同时具有良好的促血管化能力。在此基础上,通过3 mol.%Zn2+掺杂弱结晶碳酸化HA分别与Sr2+和Mg2+掺杂弱结晶碳酸化HA复合,制备了Zn2+/Sr2+、Zn2+/Mg2+多元活性离子掺杂弱结晶碳酸化HA复合陶瓷,研究表明,Zn2+和Mg2+以及Zn2+和Sr2+能够协同促进mBMSCs的增殖和成骨分化相关基因的表达。由此可见,活性离子掺杂弱结晶碳酸化HA陶瓷具有优异的成骨性能,在骨缺损填充修复领域有较好的应用潜力。
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